比较解剖学作为进化证据


对不同动物物种的解剖结构进行比较,揭示了显著的解剖学相似性,清楚地表明了它们通过从一个或多个共同祖先分化而进化。生物学家根据各种生物体器官和器官系统的结构和功能的相似性,将结构分为三类:同源结构、同功结构和痕迹器官。

同源器官

同源性研究不同相关物种中源于共同祖先的结构,通常体现在共同的胚胎起源中。这些结构被称为同源器官,是各种进化产生的结果,使生物体能够执行不同的作用。脊椎动物的前肢是具有相同解剖结构但功能不同的器官的极好例子。

分节动物表现出一种独特的同源性,例如节肢动物的附肢。同源性是由于来自共同祖先的适应性辐射产生的,使生物体能够有效地适应不同的生态位。哺乳动物前肢的解剖结构是适应性辐射的一个著名例子。上臂始终只有一根长骨。肱骨、尺骨和桡骨是前臂的两根平行骨,腕骨通常以两排四根骨排列在手腕处。

五根平行的掌骨形成手掌,手指的骨骼由每根三节指骨组成,除了第一根手指只有两节指骨。食虫目中的Tenrecs(鳞甲食蚁兽)具有雏形五指手。所有肢骨都短而宽,使肢体呈铲状外观。

在翼手目蝙蝠中,肱骨、桡骨、尺骨和四个手指被大大放大,以支撑翼膜。在像马这样的有蹄类动物中,肱骨短而重,专为奔跑或奔跑习性而设计。成年人经常经历骨骼融合。水生动物(如鲸鱼)的前肢转变为鳍状肢,以帮助游泳。植物也可以具有同源结构,表明核心模式保持一致。植物也可以具有同源结构。

例如,九重葛、玫瑰中的同源刺和葫芦科植物中的卷须,出现在腋生位置。有很多这样的例子,表明尽管存在广泛的差异,但核心模式仍然保持一致。所有分类群成员都建立在一个标准的计划上,成员之间存在差异,使每个成员适应其生存方式。多样性越大,分类等级越高。

自达尔文以来,大多数生物学家都认为紧密的解剖学相似性必须以密切的遗传亲缘关系为基础,而更远的相似性则代表了更远的遗传关系。

同功器官

同功器官是在各种不相关的生物体中出现的,用于执行类似活动的物理上不同的结构。但是,这些结构在某些方面具有共同点,这些共同点是基于修改以完成相同活动的基础。这些器官被称为同源器官,是趋同进化产生的结果。

昆虫、某些已灭绝的爬行动物、鸟类和蝙蝠分别进化出的翅膀是同源器官的著名例子。昆虫的翅膀是由几丁质脉络支撑的膜。翅膀是一个死结构,由连接到其基部的肌肉提供动力。翼龙,史前飞行爬行动物,它们的翅膀是皮肤褶皱,由大大扩大的第四前肢手指支撑。

鸟类翅膀的滑翔表面由羽毛组成。羽毛由前肢骨骼的内部骨骼固定到位。蝙蝠的翅膀是由改编自皮肤的膜形成的。蝙蝠的翅膀由最后四个前肢手指的扩大和展开的指骨支撑。卷须是植物中卷须的一个例子。豌豆和葡萄藤的卷须有不同的起源。第一个是改良的叶子,第二个是改良的茎。来自植物和动物的其他例子表明,明显的相似性是针对相同环境条件的适应性适应的结果。

痕迹器官

研究痕迹器官或雏形器官是比较解剖学的另一个重要组成部分。痕迹器官的存在增加了我们对物种通过进化形成的理解。这些遗迹表明,以前对祖先有益的结构在后代的发育过程中发生了改变。由于适应不断变化的环境条件,这种变化发生在进化过程中。在许多情况下,减少的器官承担了与最初设计不同的新作用。在其他情况下,它毫无意义。

人类的阑尾是最著名的遗迹。它是一个看起来像蠕虫的小结构(阑尾),是大肠盲肠的狭窄末端。盲肠和阑尾在某些以粗纤维饮食为主的哺乳动物中更为突出,这种饮食富含纤维素。这使得困在其中的微生物能够以酶的方式分解纤维素。

然而,在饮食习惯改变(纤维素摄入量降低)的人类中,阑尾被认为是多余的,并且仍然是雏形。当它增大并导致阑尾炎时,它可能成为不适的来源。在人类中,它可以被外科手术切除而不会造成任何伤害。

动物和植物中其他痕迹器官的例子比比皆是。在动物中,例子包括眼睛的瞬膜、外耳肌和人类的智齿、高等灵长类动物中的痕迹尾椎骨(胚胎尾巴)、鲸鱼、蟒蛇和巨蟒中的骨盆带,以及穴居脊椎动物和无脊椎动物中的退化眼睛。植物痕迹包括仙人掌茎上隐藏的气孔、仙人掌中的痕迹叶、唇形科植物中的败育雄蕊和葫芦科雄花中的败育雌蕊。

同样,在菊科的某些成员中,舌状花包含一个没有柱头的败育雌蕊,因此不会授粉。结果,胚珠是败育的。

结论

比较解剖学通过同源器官、同功器官和痕迹器官提供进化证据。同源器官是进化产生的结果,使生物体能够执行不同的作用,而同功器官是由于来自共同祖先的适应性辐射产生的。比较解剖学侧重于前肢、同源器官、痕迹器官和痕迹器官的进化。

同功器官是在不相关的生物体中出现的,用于执行类似活动的物理上不同的结构,而痕迹器官是对相同环境条件的适应性适应。痕迹器官是以前对祖先有益的结构的遗迹,但由于适应不断变化的环境条件而发生了改变。例子包括人类的阑尾和其他动物和植物。

更新于: 2023年4月20日

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